為使醫院生活汙水處理後滿足出水回用的要求，針對醫院生活汙水特點，提出預處理+接觸氧化+高效沉澱+過濾消毒工藝，通過小試試驗確定其最佳工藝參數，並在天津市某專科醫院生活汙水升級改造工程中應用。小試試驗的最佳工藝條件:容積負荷為0.50 kg∕(m³·d)，pH控制在7.5～8.0，氣水比為15∶1，聯合投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為15.0、1.0 mg∕L)，ClO2投加量為12 mg∕L。工程應用結果表明，工藝運行狀況良好，處理後出水水質達到GB∕T 18920—2002《城市汙水再生利用城市雜用水水質》回用水衝廁水質要求。
醫院生活汙水排放量大，若將生活汙水處理後再生利用，既可減少對周圍水體的汙染，又可為醫院節省自來水的使用量[1，2]，具有很大的經濟價值。醫院生活汙水中主要汙染物為化學需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、懸浮顆粒物(SS)、氨氮、病原微生物等[3，4，5]，常採用以沉澱+生化法+消毒為主的三級處理工藝[6，7，8，9]。生化法常用的處理工藝有活性汙泥法、生物膜法、生物接觸氧化法等[10]，其中活性汙泥法容易發生汙泥膨脹和汙泥流失，泥齡難於控制，且受水溫等條件限制，分離效果不十分理想；生物膜法有對場地要求嚴格，負荷率低，容易產生濾池蠅等缺點；生物接觸氧化法是介於活性汙泥法與生物膜法之間的生物處理技術，在汙水處理中穩定性相對較好[11，12，13，14]。消毒工藝段通常採用液氯(Cl2)、次氯酸鈉、二氧化氯(ClO2)、紫外線等作為消毒劑，研究表明[15，16]，0.50 mg∕L的Cl2、次氯酸鈉作用5 min後殺菌率最高可達75%；0.5 mg∕L的ClO2作用5 min後即可殺滅99%以上的異養菌，且ClO2不與水體中的有機物作用生成三滷甲烷等致癌物質，無致癌、致畸、致突變作用；相對於氯消毒，紫外線對孢子、孢囊和病毒等耐受性高的病原微生物處理效果不好，不易做到在整個處理空間內輻射均勻，存在有照射陰影區、設備造價高和壽命短等缺點。
天津市某專科醫院生活汙水處理設施原採用活性汙泥法+次氯酸鈉消毒工藝，出水不能達到GB∕T 18920—2002《城市汙水再生利用 城市雜用水水質》[17]回用水質標準。為提高出水水質使其達到回用標準，針對該醫院水質特徵，提出採用預處理+接觸氧化+高效沉澱+過濾消毒工藝對汙水進行處理。筆者在小試試驗確定該工藝最佳參數的基礎上，按此工藝對該醫院汙水處理設施進行升級改造，使汙水處理後出水水質穩定達到GB∕T 18920—2002回用水水質標準，以期為同類汙水處理設施的工藝升級改造提供借鑑。
一、材料與方法
以天津市某專科醫院門診、宿舍等生活汙水為研究對象，由於該生活汙水排入專門的化糞池，因此取化糞池汙水用於試驗，其水質指標見表1。由表1可知，該醫院生活汙水BOD5∕COD為0.44，大於0.30，汙水可生化性較好；水質指標總大腸菌群數較高，需進行消毒處理。
2、汙水處理工藝
根據該醫院生活汙水可生化性較好、生物脫氮效果好的特點，採用預處理+生物接觸氧化+高效沉澱+過濾消毒工藝對汙水進行處理(圖1)。
（1）預處理
包括格柵、集水池、調節池、一沉池。在集水池進水口設置格柵，以去除水中大量的懸浮物和漂浮物，保證後續汙水處理設備的正常運行。由於醫院生活汙水用水量和排入汙水中雜質的不均勻性，汙水流量和濃度在一晝夜內有較大變化，為均衡汙水水質與水量，設置了調節池，該調節池分隔為2個部分，分別設置穿孔管攪拌和曝氣裝置，根據系統運行情況調整汙泥迴流比，以保證系統中有機物、氨氮等去除效果的穩定。
（2）生物接觸氧化
生物接觸氧化法可通過控制活性汙泥的汙泥負荷(F∕M)，提高有機物去除率和脫氮率，降低汙泥產量。採用兩級生物接觸氧化工藝：一級接觸氧化池內F∕M高，微生物增值不受汙水中營養物濃度制約，處於對數增殖期，生物膜增長快，保證有機物的去除和脫氮效率；二級接觸氧化池內F∕M低，微生物增殖處於減速期或內源呼吸期，硝化菌佔比較高，硝化反應可充分進行，同時有效降低汙泥產量。
（3）高效沉澱池
根據進水水質情況，在高效沉澱池加入混凝劑聚合氯化鋁(PAC)、助凝劑聚丙烯酰胺(PAM)，採用多點汙泥迴流措施，保證氨氮和SS的去除率。高效沉澱池包括混合反應區、絮凝反應區、澄清區，在混合反應區加入PAC，靠攪拌器的提升混合作用完成泥渣、藥劑、原水的快速凝聚反應；在絮凝反應區加入PAM，進行慢速絮凝反應，以結成大的絮凝體。
（4）過濾與消毒
過濾系統有效保證BOD5、SS的去除效果，降低消毒劑的用量，保證出水水質；消毒工藝採用ClO2發生器，該發生器採用化學法生成ClO2，對汙水和汙泥進行消毒，殺菌率超過99%。
3、工藝參數確定
（1）生物接觸氧化工藝參數
在50 L的塑料桶中掛入1組直徑為125 mm的彈性立體填料，加入城市汙水處理廠二沉池汙泥20 L進行接種掛膜。掛膜成功後，採用預處理後的汙水作為進水，水質指標CODCr為197.1～246.4 mg∕L，BOD5為98.6～123.2 mg∕L，SS濃度為68.8～85.0 mg∕L，氨氮濃度為30.2～41.8 mg∕L，總大腸菌群數大於18 000個∕L。在控制溫度等其他條件不變時，分別進行氣水比、容積負荷、pH對BOD5和氨氮去除率的影響單因素試驗。
①氣水比
為有效降解汙水中的有機物，生物接觸氧化池中需提供充足的溶解氧(DO)，以保證有機物的正常氧化，而氣水比直接影響反應器中DO濃度。在容積負荷為0.50 kg∕(m3·d)，進水流量為6.25 L∕h，溫度為20～26 ℃的條件下，設置氣水比分別為5:1、10:1、15:1、18:1，研究其對汙水中BOD5、氨氮去除的影響。
②容積負荷
在汙水pH為7.0，氣水比15:1時，設置容積負荷分別為0.15、0.30、0.50、0.80和1.00 kg∕(m3·d)，即對應的進水流量分別為1.875、3.750、6.250、10.000和12.500 L∕h，水力停留時間分別為24.0、12.0、7.2、4.5、3.6 h，研究容積負荷對汙水中BOD5、氨氮去除的影響。
③pH
在容積負荷為0.50 kg∕(m3·d)，氣水比15:1時，設置pH分別為6.0、6.8、7.0、7.5、8.0、8.5和9.0，研究其對汙水中BOD5、氨氮去除的影響。
（2）高效沉澱池工藝參數
採用六聯攪拌裝置，在1000mL燒杯中進行混凝試驗，考察單獨投加PAC、聯合投加PAC與PAM情況下，混凝劑投加量對處理效果的影響。
①PAC
取接觸氧化池出水(SS濃度為87 mg∕L)，分別加入10、12、15、18和20 mg∕L的PAC，混合3 min，靜置沉降30 min後，取上清液測定SS濃度。
②PAC+PAM
取接觸氧化池出水(SS濃度為87 mg∕L)，加入15 mg∕L的PAC，快速攪拌3 min，混合均勻，然後加入PAM並慢速攪拌8 min，沉澱30 min，取上清液測定SS濃度。
（3）消毒池工藝參數
以高效沉澱池的出水為研究對象，在1 000 mL的燒杯中，分別投加5、10、15和20 mg∕L(以有效氯計)的ClO2，接觸時間為1 h，檢測進水(高效沉澱池出水)及消毒後出水的總大腸菌群數，分析消毒前後總大腸菌群數變化。
4、指標檢測方法
主要水質指標檢測方法見表2。
二、結果與討論
1、工藝參數確定
（1）生物接觸氧化工藝參數
①氣水比
生物接觸氧化在不同氣水比時BOD5、氨氮的去除率見圖2。由圖2可知，隨著氣水比的增加，BOD5去除率變化幅度不大；而氨氮去除率隨氣水比增加明顯增大。當氣水比為5:1、10:1時，由於曝氣量不足，使硝化菌生長繁殖可利用氧量不足，成為硝化反應的限制因素，造成氨氮去除率不高；當氣水比為15:1、18:1時，由於可利用氧量充足，滿足硝化菌的需要，氨氮去除率明顯提高。從經濟方面考慮，確定最佳氣水比為15:1。
②容積負荷
在不同容積負荷下生物接觸氧化對BOD5、氨氮去除率見圖3。由圖3可知，容積負荷由0.15 kg∕(m3·d)增至0.8 kg∕(m3·d)時，BOD5去除率保持在94.8%左右；容積負荷超過0.8 kg∕(m3·d)時，BOD5去除率快速降低。容積負荷對氨氮的影響與BOD5差異較大，容積負荷為0.15 kg∕(m3·d)時，氨氮去除率高達99.9%，但隨著容積負荷的增加，氨氮去除率快速下降。這是因為容積負荷增加造成水力停留時間減小，使微生物與汙水中汙染物接觸時間減少，而硝化細菌世代更新時間較長，留給硝化細菌降解氨氮的時間不充足，致使氨氮的去除率降低，當容積負荷過高時，使同步硝化受到抑制。在較低容積負荷時〔<0.5 kg∕(m3·d)〕，BOD5、氨氮均有較好的處理效果，在工程應用中由於容積負荷為0.50 kg∕(m3·d)較0.30 kg∕(m3·d)節約了1∕3的池體容積，綜合考慮出水水質與工程投資成本，容積負荷以0.50 kg∕(m3·d)為宜。
③pH
進水pH對氨氮、BOD5去除率的影響見圖4。由圖4可知，進水pH變化對BOD5去除率影響較小，但對氨氮去除率影響較大。當進水pH從6.0增至7.0時，氨氮去除率明顯升高；pH為7.0～8.0時，氨氮去除率趨於穩定；pH>8.0時，氨氮去除率略有降低。進水pH對氨氮去除率的影響與硝化菌活性相關，pH>8.0或pH<7.0時，硝化菌的生物活性受到抑制並趨於停止；pH>8.0時，NH+4H4+的電離平衡使NH3濃度迅速增加，由於硝化菌對NH3較為敏感，會影響硝化速度；pH<7.0時，真菌開始與細菌競爭，硝化速度減慢。可見，pH為7.5～8.0時，氨氮的硝化效果較好。
（2）高效沉澱池工藝參數
① PAC投加量
不同PAC投加量時汙水中SS去除率變化如圖5所示。由圖5可知，SS去除率隨PAC投加量加大而提高；PAC投加量超過15.0 mg∕L時，增加PAC投加量，SS去除率呈下降趨勢。確定PAC最佳投加量為15.0 mg∕L。
② 聯合處理時PAM的投加量
PAC+PAM聯合處理時，PAC投加量穩定在15.0 mg∕L，不同PAM投加量下汙水中SS去除率變化如圖6所示。由圖6可知，隨著PAM投加量的增加，SS去除率明顯增加；PAM投加量超過1.0 mg∕L時，SS去除率穩定在95%左右。
採用PAC+PAM聯合處理方式，PAC投加量為15.0 mg∕L，PAM投加量為1.0mg∕L時，SS去除率較穩定。
（3）消毒池工藝參數
不同ClO2投加量時總大腸菌群數如表3所示。由表3可知，ClO2投加量高於12mg∕L時，消毒後出水總大腸菌群數可被控制在1個∕L以下，總餘氯濃度保持在1.5mg∕L。確定ClO2最佳投加量為12mg∕L。
（4） 最佳工藝條件
通過小試試驗確定的最佳設計參數:容積負荷為0.50 kg∕(m3·d)，pH為7.5～8.0，氣水比為15:1，投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為15.0、1.0 mg∕L)，同時採用12 mg∕L的ClO2對出水進行消毒。
2、工程應用及效果
在天津市某專科醫院的生活汙水處理設施升級改造中，採用預處理+生物接觸氧化+高效沉澱+過濾消毒工藝進行設計，生活汙水設計水量為2 000 m3∕d。於2014年8月完成工藝升級，9月進行運行調試，10月穩定運行，此時該工程最佳運行工況：容積負荷為 0.50 kg∕(m3·d)，pH為7.8左右，氣水比為17.5∶1.0，聯合投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為21.0、0.8 mg∕L)，ClO2投加量為12 mg∕L。於2014年11月對進水、出水水質進行監測，結果見表4[18]。由表4可知，出水主要指標均達到GB∕T 18920—2002回用水衝廁水質要求。
三、討論
（1）針對醫院生活汙水特點，採用“預處理+接觸氧化+高效沉澱+過濾消毒”工藝進行處理，小試試驗確定其最佳工藝條件：容積負荷為0.50 kg∕(m3·d)，pH控制在7.5～8.0，氣水比為15∶1，聯合投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為15.0、1.0 mg∕L)，ClO2投加量為12 mg∕L。
（2）採用“預處理+接觸氧化+高效沉澱+過濾消毒”工藝，對天津市某專科醫院生活汙水進行升級改造，工程規模為2 000 m3∕d，穩定運行時工程最佳運行工況:容積負荷為0.50 kg∕(m3·d)，pH控制在7.8左右，氣水比為17.5∶1.0，投加PAC+PAM(PAC、PAM投加量分別為21.0、0.8 mg∕L)，採用ClO2發生器產生的ClO2進行消毒(投加量為12 mg∕L，接觸時間為1 h)。處理後出水達到GB∕T 18920—2002回用水衝廁水質要求。
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